3dwf clase 1 b
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CIENCIA Y DINAMICA DEL FUEGO
Desde los mas remotos periodos de la antigüedad el trabajo de extinguir incendios ha atraído mucho la atención, pero es un hecho curioso el que aún hoy exista tan poco método en el que sea muy rara la circunstancia de encontrar dos países ,e incluso dos ciudades dentro de un país, que usen los mismos medios o llamen a sus equipos por el mismo nombre.
Fire Protection, 1876 Sir Eyre Massey Shaw Chief, London Fire Brigade
Introducción
Este seminario se sustenta en su experiencia presente y o futura en el combate de incendios.
El concepto de combate de incendios 3D puede cambiar la forma que ve su trabajo.
El ambiente del fuego
Los riesgos presentes
Indicadores de comportamiento del fuego y analisis de riesgos
Metodos de mitigacion de riesgo proactivos
Los participantes desarrollarán un mejor entendimiento de:
Alcances del aprendizaje
La falta de conocimiento acerca del comportamiento del fuego y el impacto de las operaciones tácticas en este, son un factor mayor en la ocurrencia de heridas graves y muertes entre bomberos.
¿Que es combate de incendios 3D?
Reconocimiento de peligros tridimensionales
Consciencia situacional y analisis de riesgos
Control de peligros en la fase gaseosa
Tacticas integradas entre control de incendios y ventilacion
El 2002 la NFPA reportó que la taza de las 3 mayores causas de muerte de bomberos operando en interiores ha venido incrementándose.
1. Perdidos*
2. Colapso estructural*
3. Progreso del fuego
* Casi siempre envuelven un progreso rápido del fuego
Importancia del 3DWF
Europa/Australia Estados Unidos
Ventilación limitada y muy controlada
Pequeños flujos de agua
Incorpora enfriamiento de gases, ataque directo e indirecto
Gran y poco controlada ventilación
Grandes flujos de agua
Centrada en el ataque directo
Nota:Estos conceptos filosoficos son muy generalizados y no reflejan los metodos de organizaciones individuales.
Con el propósito de llevar a cabo su trabajo adecuadamente , es necesario para aquellos que los practican el entender no solo que hacer sino por que hacerlo.
Ningún bombero puede jamás considerar el haber obtenido maestría en su trabajo hasta no haber dominado concienzudamente una combinación de teoría y practica.
Fire Protection, 1876 Sir Eyre Massey Shaw Chief, London Fire Brigade
Fuego en compartimiento
El término “Fuego en compartimiento” se usa para indicar fuegos dentro de estructuras asi tengan estas múltiples compartimientos.
Un compartimiento es una estructura cerrada como un cuarto, casa o edificio.
El fuego es una reacción química autoalimentada y exotérmica que se produce entre una sustancia combustible sólida, líquida o gaseosa y el oxígeno, la que una vez comenzada a través de una energía de iniciación, se mantiene a sí misma hasta la consumición de alguno de los componentes intervinientes, usualmente el combustible.
El fuego es una reacción química autoalimentada y exotérmica que se produce entre una sustancia combustible sólida, líquida o gaseosa y el oxígeno, la que una vez comenzada a través de una energía de iniciación, se mantiene a sí misma hasta la consumición de alguno de los componentes intervinientes, usualmente el combustible.
Con el fin de entender el comportamiento de un fuego en compartimento y anticipar su desarrollo es necesario entender las leyes básicas que gobiernan los procesos físico químicos envueltos en él.
Un poco de Ciencia
La Materia
La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Todos los objetos que nos rodean son materiales: las paredes, los muebles, las plantas, los animales, las piedras, las rocas, el aire, el mar el Sol, la Luna, etc., son materia.
En la materia se observan las siguientes características: 1) La materia está formada por pequeñas partículas. 2) Esas partículas están en constante movimiento (en los gases más que en los líquidos y sólidos). 3) Hay fuerzas de atracción entre las partículas que forman la materia (en los sólidos más que en líquidos y gases). Esas partículas, que son pequeñísimas y que forman parte de la materia se denominan átomos.
La molécula es una estructura formada a partir de la unión de dos o más átomos que comparten electrones.
Estados de la materia
Los estados de la materia están relacionados con la distancia de separación de sus moléculas debido a su estado vibratorio.
Estados de la materia
Los sólidos, tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras.
Estados de la materia
Los líquidos: No tienen forma
fija pero sí volumen. La
variabilidad de forma y el
presentar unas propiedades
muy específicas son
características de los líquidos.
Estados de la materia
Los gases: No tienen forma
ni volumen fijos. En ellos es
muy característica la gran
variación de volumen que
experimentan al cambiar las
condiciones de temperatura y
presión.
Cambios de Estado
Los cambios de estado están directamente ligados a la cantidad de energía contenida en los cuerpos. A mas energía mas separación de las moléculas.
En un cambio físico, una o más propiedades físicas de la sustancia son alteradas. Ejemplo de tales propiedades físicas incluyen tamaño, forma, color y fase física. Moler, derretir, disolver y evaporar son todos cambios físicos. No se forman nuevas sustancias como resultado del cambio físico.
Un cambio químico resulta en la formación de una o más nuevas sustancias. Estas nuevas sustancias difieren de la sustancia original en propiedades químicas y composición. La corrosión del hierro y el quemar papel son dos ejemplos de cambios químicos.
Los cambios químicos y físicos siempre implican un intercambio de energía. Las reacciones que liberan energía mientras se producen se denominan exotérmicas. Las reacciones que absorben energía mientras se producen se
denominan endotérmicas.
4.11
REACCIÓN EXOTÉRMICA
Cuando los enlaces se rompen, se libera calor.
Calor Calor
molécula
molécula
ENLACE
Cuando los combustibles arden en el aire, los vapores del combustible reaccionan químicamente con el oxígeno del aire y las energías calorífica y luminosa se liberan en una reacción exotérmica. El agua que cambia de estado de líquido a gas (vapor) necesita absorber energía, por lo que la conversión es endotérmica.
Energía
Energía, capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía como resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella.
Energía
La energía es una propiedad de los sistemas físicos, no es un estado físico real, ni una sustancia tangible. La energía no puede verse, solo sentirse y medirse sus efectos. Por lo tanto, todo cuerpo es capaz de poseer energía en función de su movimiento, posición, temperatura, masa, composición química, y otras propiedades
Tipos de Energía
Energía mecánica que es la combinación o suma de los siguientes
tipos:
• Energía cinética: relativa al movimiento.
• Energía potencial: la asociada a la posición dentro de un campo de fuerzas conservativo.
Tipos de Energía
Energía electromagnética que se compone de:
•Energía radiante: la energía que poseen las ondas electromagnéticas. •Energía calórica: la cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación. •Energía potencial eléctrica •Energía eléctrica: resultado de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos.
Tipos de Energía
En la termodinámica están: •Energía interna, que es la suma de la energía mecánica de las partículas constituyentes de un sistema. •Energía térmica, que es la energía liberada en forma de calor, obtenida de la naturaleza (energía geotérmica) o mediante la combustión.
Tipos de Energía
En química aparecen algunas formas específicas no mencionadas anteriormente: •Energía de ionización, una forma de energía potencial, es la energía que hace falta para ionizar una molécula o átomo. •Energía de enlace, es la energía potencial almacenada en los enlaces químicos de un compuesto. Las reacciones químicas liberan (Exotermica) o absorben (Endotermica) esta clase de energía, en función de la entalpía y energía calórica.
Conservación y transformación
Para la optimización de recursos y la adaptación a nuestros usos, necesitamos transformar unas formas de energía en otras. Todas ellas se pueden transformar en otra cumpliendo los siguientes principios termodinámicos contenidos en la 1ra y 2da ley de la termodinámica:
“La energía no se crea ni se destruye; sólo se
transforma”. De este modo, la cantidad de energía inicial es igual a la final. Esta ley es conocida como la ley de la conservación de la energía.
“La energía se degrada continuamente hacia una
forma de energía de menor calidad (energía
térmica)” Dicho de otro modo, ninguna transformación se realiza con un 100% de rendimiento, ya que siempre se producen unas pérdidas de energía térmica no recuperable.
Transformación de la Energía
PERDIDAS DE ENEGIA EN LA
TRANSFORMACION
Energía Cinética
En física, la energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su
movimiento. Esta energía depende de dos
factores: la masa del objeto y la velocidad con la que se mueve. Cuanto más masivo sea un objeto y más rápido se mueva, mayor será la energía cinética que posee.
ENERGIA CINETICA
Energía Potencial
En un objeto, la energía potencial es energía que mide la capacidad que tiene este para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el objeto, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Para efectos del estudio del fuego se dice que un
objeto tiene energÍa potencial en base a la energia
que puede liberar al entrar en combustión (Arder).
ENERGIA POTENCIAL
Un chorro de agua al salir por el pitón, libera toda la energía potencial que tiene, transformándola en energía cinética.
Trabajo
Teóricamente la palabra trabajo es el producto de aplicar energía por una distancia dada. Por ejemplo, si se eleva un cuerpo que pesa un kilogramo a una altura de un metro, el trabajo realizado es numéricamente igual a una kilogramo-metro.
Potencia
El trabajo realizado en un
determinado tiempo se define
como potencia.
Un trabajo realizado lentamente
consume menos potencia pues el
tiempo es más largo, mientras
que para hacerlo más
rápidamente se absorbe mayor
potencia.
Potencia
La cantidad de energía de un cuerpo o sistema es siempre limitada y si se aumenta la potencia esta energía se gastará mas rápidamente. Por ejemplo la energía total de un balón de 10 kilos de gas propano será gastada mas rápidamente si se abre la llave de la hornilla al máximo (máxima potencia).
Unidades de medidas
La unidad básica de energía es el joule (J), el cual es exactamente igual al trabajo de 1 newton-metro (Nm). Un newton (N) es aproximadamente igual a 0,1 kilogramo fuerza. 1 J es el trabajo requerido para levantar aproximadamente 100 g (0,1 kg) a una altura de 1 m.
Si 1 J de energía es aplicado durante 1 s, es decir, 100 g levantados 1 m en 1 s, entonces la potencia requerida es exactamente 1 watt (W). Por ejemplo 1 Hp es la potencia usada para elevar 75 kg un metro en un segundo.
El fuego es una reacción química autoalimentada y exotérmica que se produce entre una sustancia combustible sólida, líquida o gaseosa y el oxígeno, la que una vez comenzada a través de una energía de iniciación, se mantiene a sí misma hasta la consumición de alguno de los componentes intervinientes, usualmente el combustible.
El fuego es una reacción química autoalimentada y exotérmica que se produce entre una sustancia combustible sólida, líquida o gaseosa y el oxígeno, la que una vez comenzada a través de una energía de iniciación, se mantiene a sí misma hasta la consumición de alguno de los componentes intervinientes, usualmente el combustible.
El fuego tiene como subproductos gases , humos y aerosoles cuya composición y cantidad dependen de la eficiencia de la combustión la cual esta asociada con el oxigeno disponible para esta.
Cuanto mas oxigeno disponible mas eficiente es la combustión con mas energía liberada y menos los tipos y cantidad de subproductos emitidos.
El fuego tiene como subproductos gases , humos y aerosoles cuya composición y cantidad dependen de la eficiencia de la combustión la cual esta asociada con el oxigeno disponible para esta.
Cuanto mas oxigeno disponible mas eficiente es la combustión con mas energía liberada y menos los tipos y cantidad de subproductos emitidos.
Combustión
Reacción química entre el oxigeno y otro elemento capaz de combinarse con este y que arroja como resultante la emisión de energía en forma de luz y calor. Fuego y combustión son términos cuyo uso a menudo se intercambia. Sin embargo, el fuego es técnicamente una forma de combustión. La combustión es, si utilizamos el término explicado anteriormente, una reacción exotérmica. El fuego es un proceso de oxidación rápido y en cadena que va acompañado de la evolución del calor y de la luz en distintas intensidades.
Tipos de Combustión
Flameante
No Flameante
Combustión Flameante
• Envuelve oxidación de combustible gaseoso. • Requiere el calentar un sólido o líquido combustible hasta llegar al punto que emiten gas o vapor. • En el caso de los sólidos esto se llama pirólisis. • Por lo general a este modo de combustión se le llama fuego
Combustión NO flameante
•Generalmente ocurre en los sólidos porosos o que pueden carbonizarse. •La oxidación ocurre en la misma superficie del sólido y no arroja llama. •Como ejemplo se tiene el carbón en brasas.
Cuando los gases combustibles deben mezclarse con el oxígeno directamente en la zona de combustión para generar una llama denominaremos a esta una llama de difusión o dilución. En las llamas de difusión, el gas combustible se diluirá para formar una zona de reacción, donde el combustible, el aire y la fuente de energía se encontrarán en una correcta proporción para sostener la combustión.
Si el gas combustible es mezclado con oxígeno antes de la ignición, tendremos una llama premezclada. Las mezclas de gases más ricas y las reacciones más eficientes corresponden a llamas premezcladas. En la mayoría de los casos, el desarrollo de un incendio en un compartimento involucra llamas de difusión, pues los productos de pirólisis liberados desde los combustibles se mezclan con el oxígeno en la zona de combustión y esto puede ocurrir a una distancia considerable de la fuente combustible.
Cuando los gases combustibles y el oxígeno son mezclados previos a la combustión, la mezcla será capaz de liberar una tremenda cantidad de energía (esto será revisado nuevamente más adelante).
Difusión
Premix
Fuego Laminar
Fuego Turbulento
Un incendio, generalmente, podemos describirlo como una combustión flameante por difusión turbulenta.
Un incendio, generalmente, podemos describirlo como una combustión flameante por difusión turbulenta.
El Tetraedro del Fuego
Durante muchos años, el triángulo del fuego (oxígeno, combustible y calor) se utilizó para enseñar los componentes del fuego. Aunque este ejemplo sencillo resulta útil, no es técnicamente correcto. Para que se produzca una combustión flameante, se necesitan cuatro componentes que forman el tetraedro del fuego: • Oxígeno (agente oxidante) • Combustible • Calor • Reacción química en cadena
CALOR
CALOR
El calor es una forma de energía que tiene su origen en
el movimiento de las moléculas de los cuerpos y que se
desarrolla por el roce o choque entre las mismas.
A mas calor en un cuerpo mayor vibración de las
moléculas que lo conforman.
El calor se define también como la cantidad de energía
que transfiere un cuerpo caliente a otro frío al ponerlos
en contacto.
El calor es el componente energético del tetraedro del fuego. Cuando el calor entra en contacto con un combustible, la energía hace que la reacción de combustión continúe de los siguientes modos : • Provoca la pirólisis o vaporización de los combustibles sólidos y líquidos; y la producción de vapores o gases capaces de ignición. • Proporciona la energía necesaria para la ignición. • Causa la producción e ignición continuas de los vapores o gases combustibles, de modo que la reacción de combustión pueda continuar.
Temperatura
Es una magnitud que
indica el grado de
agitación de las
moléculas de una
sustancia; se asocia con
la energía cinética
promedio de las
moléculas.
MEDICION DE LA
TEMPERATURA
Se hace usando un termometro
el cual usa la expansion y
contraccion de un liquido
(Mercurio o alcohol) en
diferentes temperaturas dentro
de un tubo con una escala.
Para grados celsius el 0 coincide
con el punto de congelacion
del agua y el 100 con el de
ebullicion.
Transferencia de Calor
La transferencia de calor de un punto u objeto a otro es un concepto básico en el estudio del fuego. La transferencia de calor del contenedor de combustible inicial a otros combustibles en la zona de origen del fuego y más allá controla el crecimiento de cualquier fuego.
EQUILIBRIO TERMAL
Cuando dos cuerpos
estan en contacto la el
calor se transferira del
mas caliente al mas
frio hasta que los dos
esten a la misma
temperatura.
EQUILIBRIO TERMAL
Cuando un
bombero entra a un
incendio en
estructura su cuerpo
esta por debajo de
los 37°C y el fuego
por encima de
700°C,por lo
tanto……………
Conducción
Cuando calentamos el extremo de
una barra de metal con una llama,
el calor se desplaza a través de
toda la barra.
Esta transferencia de energía se
debe al incremento de la actividad
de los átomos de un objeto.
La conducción se produce cuando
un cuerpo se calienta como
resultado del contacto directo con
una fuente de calor.
No se puede realizar una conducción de calor
en el vacío, ya que no existe ningún medio para el
contacto punto a punto.
La tasa de transferencia de calor depende de la diferencia de temperatura entre los cuerpos. La conductividad térmica de los objetos limita o fomenta la transferencia de calor.
Vertical Horizontal
Convección
Corresponde a la transmisión de calor a través de fluidos calientes, como por ejemplo el aire o el humo. Cuando estos gases son calentados se vuelven menos densos, se expanden y además se elevan. Los productos calentados de la combustión, junto con los gases de pirólisis, al expandirse calentarán otros combustibles al contacto.
Convección
Material caliente tiende a subir, dejando un material más frío en su lugar. Se desplaza lateralmente cuando encuentra obstáculos para el movimiento vertical. Se desplaza hacia abajo cuando es bloqueado vertical y horizontalmente. Principal medio de transmisión de calor dentro de una estructura.
Transferencia por movimiento de líquidos o gases calentados
Radiación
Un objeto caliente irradia ondas electromagnéticas en todas direcciones. El calor radiante es particularmente importante para el desarrollo de un incendio en un espacio cerrado y sirve como el mecanismo principal para la propagación de este incendio dentro del compartimento
Aunque generalmente asociamos la radiación con las llamas, cualquier objeto caliente es capaz de generar calor radiante. Los gases calientes y en especial las partículas de sólidos presentes en el humo (como el carbón) son capaces de irradiar una cantidad importante de calor.
Transmisión de calor a través de espacios abiertos en forma de ondas electromagnéticas:
• Se comporta en forma similar a las ondas luminosas.
• Se desplaza en línea recta. • Reduce su intensidad
mientras se desplaza desde la fuente.
• Pasa a través de objetos transparentes.
• Cambia dirección cuando se encuentra con superficies reflectoras.
• Es absorbida por objetos opacos.
La radiación en un fuego en compartimento se mide generalmente en KW/M2 es decir la cantidad de JOULES que impactan un metro cuadrado de área
de superficie por cada segundo.
Ondas electromagnéticas que viajan a través del espacio hasta que llegan a un objeto.
Radiación
Objeto
Flama
Objetivos Capas frias
Capas calientes
Techo y parte
alta de paredes
Ventilación
Flujo de calor
Flujo de material
OXIGENO
Oxígeno
AGENTE OXIDANTE Los agentes oxidantes son aquellos materiales que ceden oxígeno u otros gases oxidantes durante el curso de una reacción química. Los oxidantes no son combustible en sí, pero hacen que se produzca una combustión cuando se combinan con un combustible.
El aire a nuestro alrededor se considera el agente oxidante primario. Por regla general, el aire está compuesto por un 21% de oxígeno. A temperatura ambiente (21°C o 70°F), la combustión puede seguir produciéndose en concentraciones de oxígeno tan bajas como un 14%. Sin embargo, las investigaciones muestran que a medida que aumenta la temperatura de un incendio en un compartimiento, se necesitan menores concentraciones de oxígeno para que siga existiendo combustión con llama.
COMBUSTIBLE
Combustible
El combustible es el material o la sustancia que se oxida o arde en el proceso de combustión. En términos científicos, el combustible de una reacción de combustión se conoce como el agente reductor. La mayoría de los combustibles más comunes contienen carbón junto con combinaciones de hidrógeno y oxígeno. Un combustible puede encontrarse en cualquiera de los tres estados de la materia: sólido, líquido o gaseoso; pero para que los combustibles ardan, éstos deben estar normalmente en estado gaseoso.
Combustible - Material o sustancia que se oxida o quema en el proceso de combustión.
Proporción superficie a masa
Área de superficie del combustible en relación con su masa.
Mientras más pequeña sea la proporción superficie a masa más energía se requerirá para la ignición
Combustible
Rango de inflamabilidad: Rango de las concentraciones de vapor de combustible y aire donde ocurre la combustión. Rango Inferior de Inflamabilidad (LFL, por sus siglas en inglés) - Concentración mínima de vapor de combustible y aire que ayuda a la combustión. Límite Superior de Inflamabilidad (UFL, por sus siglas en inglés) - Concentración de vapor de combustible y aire por encima de la cual no puede ocurrir la combustión.
Pirólisis
La descomposición química de la materia por exposición al calor, se denomina PIRÓLISIS. Todos los objetos, elevan su temperatura al ser expuestos al calor, generando vapores, siendo estos últimos los que se
prenden.
Sólo los gases
combustionan
Materia Sólida + Pirólisis = Gas
Combustible
Materia Líquida + Vaporización = Gas
Combustible
Materia Gaseosa = Gas Combustible
Combustible
Pirólisis
Mezcla inflamable de
gases combustibles y aire
Aire Aire
Energía
Térmica
Pirólisis - Descomposición química de una sustancia a través de
la acción del calor.
Vaporización
Aire
Aire Zona de Mezcla
Vapores
Mezcla de Vapor
Combustible/Aire
Vaporización - Transformación de un líquido a su estado
gaseoso o de vapor.
Un factor clave que influencia el proceso de combustion es
la orientacion del material combustible. Si el combustible
sólido está en posición vertical, la expansión del fuego será
más rápida que si está en posición horizontal
Combustible y potencia
El contenido quimico del combustible influencia tanto el “calor de combustion” como la “Taza de liberacion de calor” (HRR)
El calor de combustion es la cantidad total de energia liberada por una determinada masa de combustible cuando esta se oxida
Potencia es la energia liberada en un un tiempo especifico
La taza de liberacion de calor (HRR) es la energia liberada por unidad de tiempo
Joules
Watts (J/s)
Unidad de medida
Carga combustible
La masa y caracteristicas de quemado de los
combustibles encontrados en los
compartimentos han cambiado con el tiempo
9.9 kg/m2
64.4 kg/m2
1942 1980
29.3 kg/m2
125.5 kg/m2
Carga combustible
MJ/kg
10
20
30
40
Madera
Espuma de poliuretano
Poliestireno
Polietileno
Baja
Alta
Tasa de liberacion de calor
La taza de liberacion de calor (HRR) es la energia liberada por unidad de tiempo y se expresa generalmente en Kilowatts
El HRR es dependiente del tipo, cantidad y orientacion del combustible dentro del compartimiento
Un HRR de 1KW elevara la temp. de un litro de agua de 20 a 100 °C en aprox. 5 ½ minutos
Tasa de liberacion de calor
El HRR varia en el tiempo aumentando a medida que mas combustible es envuelto y decreciendo a medida que este ultimo se agota.
kW
Tiempo
HRR
Tasa de liberación de calor
El HRR es la fuerza que impulsa un fuego.
Existe una relacion directa entre el HRR ,la temperatura del compartimiento y la generación de productos tóxicos de combustion.
Un HRR alto indica un alto peligro para la vida.
Visualización
Visualice los paquetes combustibles en relación con su calor de combustion y HRR pico potencial.
±770MJ Calor liberado
± 3100 kW pico HRR
Sofa de madera y poliuretano 51.3 kg (113 lbs)
REACCION EN
CADENA
Reacción en Cadena
Una reacción en cadena es una serie de reacciones que ocurren secuencialmente cuyos resultados individuales se suman a los del resto avanzando en proporción geométrica. Es la inestabilidad de la reacción producida por los radicales químicos libres que se liberan por la acción de la temperatura sobre el combustible, y que favorecen la prosecución del proceso.
Reacción en Cadena
En química, un radical (antes referido como radical libre) es una especie química (orgánica o inorgánica), en general es extremadamente inestable y, por tanto, con gran poder reactivo por poseer un electrón desapareado. Los radicales tienen una configuración electrónica de capas abiertas por lo que llevan al menos un electrón es apareado que es muy susceptible de crear un enlace con otro átomo o átomos de una molécula.
Reacción en Cadena
Un ejemplo de reacción química en cadena es un incendio forestal. El calor de un árbol puede iniciar la reacción (combustión) de un segundo árbol, que, a su tiempo, también encenderá un tercero y así sucesivamente. Entonces, el incendio se propagará a un ritmo estable, pero si este árbol prende, digamos, dos árboles más, y cada uno de estos dos árboles enciende dos más, con un total de cuatro y así sucesivamente, el ritmo al que arden se acelera rápidamente.
REACCION EN CADENA
Los agentes pasivos
Mientras que el triangulo del fuego se soporta en el calor, combustible y oxígeno, otros materiales pueden tener un impacto significativo en el desarrollo de un fuego. Los agentes pasivos son materiales que absorben calor y no participan activamente en el proceso de combustión. La humedad en la madera o fibras textiles en un buen ejemplo de estos agentes.
EL FUEGO EXPLICADO A TRAVEZ DE UNA
VELA.
EL EXPERIMENTO FARADAY.
Desarrollo en compartimento
El desarrollo de los fuegos en un compartimiento es más complejo que en los espacios abiertos. En este texto, un compartimiento designa una habitación o espacio cerrado en un edificio. El término incendio de compartimiento se define como un incendio que se produce en un espacio de dichas características. El crecimiento y la propagación de un incendio de compartimiento depende normalmente de la existencia de combustible y oxígeno.
Régimen de quemado
Controlado por combustible
Controlado por ventilación
Cuando la cantidad de combustible disponible para quemar es limitada, se dice que el incendio está controlado por combustible.
Cuando la cantidad de oxígeno es limitada, se dice que la situación está controlada por ventilación.
Controlado por combustible
Influencia de las características y configuración del combustible
Influencia del oxigeno disponible y el movimiento de aire
Combustible y ventilación
Controlado por ventilación
Los investigadores han intentado recientemente describir los incendios de compartimiento según
las etapas o fases que se producen mientras el fuego se desarrolla.
Las fases de un fuego en compartimento con un perfil de ventilación único e invariable tienen 4
etapas que son:
Desarrollo del fuego
Tiempo
HRR
Incipiente
Crecimiento
Desarrollo completo
Caída
FASE INCIPIENTE
Fase incipiente
•Comienza con la ignición del combustible. •Esta fase es controlada por combustible. •La conducción y la radiación dominan esta fase como propagadores. •En esta fase se establece el penacho de gases calientes y fuego.
Fase incipiente
•Al proyectarse el penacho hacia el techo, los gases calientes de este elevan la temperatura del primero. •Al llegar el penacho al techo los gases calientes del fuego comienzan a esparcirse horizontalmente a través del techo y luego al llegar a las paredes hacia abajo formándose el “Colchón de humo”. •Esta etapa termina al llegar las llamas al techo y deflectarse hacia los lados (Ceiling jet).
Fase incipiente
•Durante la fase incipiente el oxigeno disponible es mas que suficiente para sostener la combustión y su crecimiento depende del combustible disponible. •La fase incipiente será por lo tanto de régimen CONTROLADO POR COMBUSTIBLE.
Fase incipiente
•Las temperaturas en esta fase van desde temperatura ambiente hasta algo mas de 230°C con temperaturas de flama de hasta 600°C.
•En esta fase se instala una corriente de flujo con aire fresco entrando por los lados y debajo de las flamas enfriando los contornos del penacho.
Fase incipiente
Por este efecto, si un paquete arde contra una pared su temperatura de incendio será mayor al tener un sector no enfriado por aire fresco y aun mayor es el caso de un fuego en una esquina.
Factores en el desarrollo de un fuego controlado
por COMBUSTIBLE
•Masa y superficie. •Contenido químico del combustible. •Carga combustible. •Humedad relativa del combustible. •Orientación del combustible. •Continuidad.
FASE DE
CRECIMIENTO
La formación del colchón separa los gases en dos capas . La capa superior de gases mas calientes se llamara De alta presión debido a la expansión de los gases calientes . La capa inferior se llamara de Baja presión. El límite entre estas dos capas se llamará Plano neutro. Al acumularse mas gases de fuego en el techo, la zona de alta presión aumenta empujando el plano neutro hacia abajo y haciendo crecer el colchón.
Fase de crecimiento
El calor acumulado en el techo, albergado en los gases; así como la energía radiativa de los contenidos de carbono en suspensión dentro del humo, comienzan a radiarse hacia abajo calentando los paquetes combustibles hasta hacerlos pirolizar. Los gases de pirólisis suben y se acumulan en la zona de alta presión. En esta fase el oxigeno del compartimiento se consume cada vez mas rápido y comienza a hacerse escaso lo hace que el incendio comience a ser controlado en su crecimiento por ventilación.
Fase de crecimiento
El fuego sub ventilado genera una combustión incompleta que genera gases de fuego no quemados y que son combustibles. En esta fase se instala el balance termal.
Fase de crecimiento
Corriente de Gravedad
Flujo predominantemente horizontal en un campo gravitatorio impulsado por la diferencia de densidades. ¿Quién es menos denso: El humo caliente o el
aire frio?
La diferencia de densidad tiene un gran impacto en el comportamiento del humo y la ventilación táctica.
Hot Gas Layer
Aire frio (Mas denso)
Humo caliente (Menos denso)
Plano neutro Mezcla de aire-combustible
La corriente de gravedad fomenta la mezcla de humo rico en combustible y
aire
Corriente de Gravedad
Tasa de transferencia de calor por unidad de area (Ej. KW/M2
Flujo de calor
La tranferencia de calor puede ser por cualquiera de los 3 métodos
12.50 kW/m2
Suficiente pirolisis para ignicion piloteada de la madera
20.00 kW/m2
Autoignición de la madera
Flamas dobladas: a medida que la columna de gases en combustión alcanzan el techo ,las flamas se doblan formando el “Chorro de techo” (Ceiling jet).
Flamas aisladas: la concentración de combustible dentro de la capa de gases calientes varia y puede ocurrir combustion flameante separada del cuerpo principal del fuego.
Rollover: a medida que aumenta el calor un frente de flamas puede moverse por el techo del compartimento.
Claves críticas de la etapa crecimiento
¿Qué es el Humo?
Un producto de combustión incompleta.
Un aerosol complejo (Gases ,vapores y particulados).
Un fluido tal como otros vapores y gases.
Productos de pirólisis y combustión incompleta tóxicos e inflamables.
Humo como indicador
COLOR: •Humo de color blanco es indicador de vapores y gases de pirólisis. •Humo oscuro es indicador posible fuego sub ventilado •Humo grisáceo amarillento es posible indicador de condiciones de explosión de humos. DENSIDAD: •Humo ópticamente denso (Que no se ve a través de el) esta cargado de gran cantidad de particulados de una combustión incompleta. •La densidad óptica del humo esta relacionada directamente con la ventilación y tipo de combustible envueltos.
Un humo físicamente denso flota menos y se queda cerca al piso, en cambio un humo físicamente ligero se eleva con rapidez. La densidad física del humo se relaciona directamente con su temperatura dando una indicación de las temperaturas alcanzadas por el fuego al interior.
Ancho del colchón de humo
El humo acumulado en el colchón nos da un indicador del comportamiento del fuego. Un colchón alto poco denso y laminar es propio de etapas incipientes. Un colchón denso ,bajo o bajando y turbulento es un signo de alarma de un evento de progreso rápido del fuego en camino. Un colchón elevándose rápidamente es posible signo de un cambio en el perfil de ventilación.
Velocidad y presión del humo
El humo escapando por aberturas nos da información basados en su velocidad y presión de escape. A mayor presión y velocidad mas es el HRR al interior y mayor la posibilidad de eventos de propagación rápida del fuego. La turbulencia en el flujo de humo es también un indicador de alto HRR y combustión incompleta al interior.
Movimiento del humo
Laminar
Turbulento
Transicional
¿Qué indica el humo turbulento?
Tiro de aire
Patrón y ruta del movimiento de humo y aire fresco de un fuego en compartimiento
¿Que factores influencian el movimiento de humo y aire fresco?
El tiro de aire es inluenciado por la presion y la diferencia de densidades asi como el viento.
Flujo de calor Fuegos en etapa de crecimiento
Los gases calientes fuyendo por una puerta pueden estar a 400°C
La alta temperatura y flujo de calor pueden extenderse a grandes distancias de area en fuego
Esto puede causar daño al EPP y quemaduras seria a piel expuesta
Pirolisis +150o C (300o F)
Capa de humo+300o C (570o F)
Temperatura del techo+600o C (1100o F)
12.50 kW/m2 Ignicion piloteada
20.00 kW/m2 Auto Ignicion Flujo de calor
Flashover
El flashover es la repentina transicion de la fase de crecimiento a la de desarrollo completo. El flashover no ocurre siempre debido a las diferentes condiciones del fuego. Cuando ocurre el flashover hay un envolvimiento total de todo el material combustible dentro del compartimiento.
En un fuego post flashover todo paquete combustible está involucrado de alguna manera en la reacción de combustión.
Flashover
El fuego subventilado genera una combustión incompleta que genera gases de fuego no quemados y que son combustibles. En general, el flujo de calor radiado al piso desde el techo alcanza niveles suficientes para lograr la pirólisis de los paquetes combustibles dentro del compartimento.
La elevación de la temperatura y energía radiada por el colchón al piso llegan a un momento donde los gases pirolizados y humos combustibles dentro del compartimiento entran en combustión simultáneamente envolviendo a todos los paquetes combustibles. Esto ocurre al alcanzarse temperaturas de techo de aproximadamente 600°C.
Flashover
Flashover
Cuando ocurre un flashover los gases inflamados escapan por las aperturas del compartimiento a una velocidad considerable. El final de este evento lleva a la fase de desarrollo completo.
Flashover
Flashover es la transición de la etapa de crecimiento a la de completamente desarrollado de un fuego en compartimiento.
El calor del fuego en crecimiento y el de la capa de gases calientes eleva la temperatura de los paquetes combustibles adicionales dentro del compartimiento.
Dada una suficiente cantidad de calor y aire estos paquetes combustibles pueden hacer ignición llevando al fuego a una transición extremadamente rápida a la etapa de completo desarrollo.
El flashover es controlado por el tamaño del compartimiento, la carga combustible, el HRR y la ventilación.
Las siguientes condiciones se encuentran comúnmente cuando un flashover ocurre:
Flujo de calor radiante en el piso: 15-20 kW/m2
Temperatura 932o-1112o F (500o-600o C)
Flamas saldrán del compartimiento a través de las aberturas existentes
Flashover
Visualización
Un flashover ocurrira en una habitacion residencial estandard con un HRR de 1000KW.
Silla de madera y poliuretano28.3 kg (62.4 lbs)
± 2100 kW HRR Pico
Si recuerdan este ejemplo antes dado,el sofa en este cuarto familiar tiene un HRR pico posible de 3100KW
HRR
Ventilacion incrementada
Time
Controlado por
combustible
Controlado por ventilacion
Desarrollo del fuego con ventilación limitada
Flashover inducido por ventilacion
Productos de combustion y pirolisis a temp. de ingnicion
Ventilacion aumentada
El incremento de la ventilacion bajo condiciones de un fuego controlado por ventilacion pueden resultar en un rapido paso a completo desarrollo.
Flashover inducido por ventilacion
La ventilacion adicional incrementa el HRR conduciendo
al flashover
HRR
Ventilacion aumentada
Fuego controlado por ventilación Actividad
La sgte. foto ilustra las condiciones post fuego al interior de una casa rodante. Al arribo las ventanas estaban oscurecidas por condensados de pirolisis y humo salia a moderada velocidad alrededor de las ventanas.
Al examinar la foto encuentre evidencias de:
Transferencia de calor
Pirólisis
Etapa de desarrollo del fuego
DESARROLLO
COMPLETO
Desarrollo Completo
En esta fase la intensidad del fuego es la máxima posible generalmente limitado por ventilación. Los gases no quemados se acumulan en el techo frecuentemente entran en combustión al dejar el compartimiento en forma de flamas apareciendo por puertas y ventanas. La temperatura promedio es aquí de 700-1200°C
FASE DE
CAIDA
Fase de Caida
Cuando el combustible u oxigeno disponibles en el compartimiento se consumen el fuego entra en fase de caída. La temperatura inicia su curva de caída así como la temperatura del compartimiento. Generalmente hacia al final de esta fase los paquetes restantes poseen combustión no flameante.
FACTORES QUE AFECTAN
ELDESARROLLO DE UN
FUEGO EN
COMPARTIMIENTO
Factores que afectan el desarrollo del fuego
A medida que el incendio avanza de la fase de ignición a la fase de disminución, muchos factores afectan a su comportamiento y desarrollo: •Tamaño, y ubicación de la fuente de ignición. •El tamaño, el número y la organización de las aberturas de ventilación (Perfil de ventilación).
•El tipo, volumen y arreglo del compartimiento. •Las propiedades térmicas del compartimiento. •La altura del techo del compartimiento. •El tamaño, la composición y la ubicación del paquete de combustible que se enciende primero. •Tipo, disponibilidad, cantidad, espaciamiento y continuidad de los paquetes combustibles.
Factores que afectan el desarrollo del fuego
Bedroom
Bedroom
Living Room
Kitchen
Tamaño y compartimentación
Un fuego se desarrolla mas rápidamente en un compartimiento pequeño.
Las construcciones altamente compartimentadas pueden demorar la propagacion de un incedio.
Los grandes compartimientos contienen mas aire y pueden tener mas carga combustible.
Rollover y Flameover
Los términos ingleses flameover y rollover describen una situación en la que las llamas se mueven a través o a lo largo de los gases no quemados durante la progresión de un incendio. Generalmente son precursores de un evento de progresión rápida del fuego. El flameover se distingue del flashover (propagación violenta y espontánea tipo flamazo) porque sólo implica a los gases del fuego y no a las superficies de los otros paquetes de combustible del compartimiento.
Rollover y Flameover
Esta situación puede producirse durante la fase de crecimiento mientras la capa de gas caliente se forma en el techo del compartimiento. Se pueden observar llamas en la capa cuando los gases combustibles alcanzan la temperatura de ignición.
Backdraft
Los bomberos que trabajan en incendios de edificios deben ir con
precaución cuando abren un acceso para entrar en él o proporcionar
ventilación horizontal (abrir puertas o ventanas).
A medida que el incendio crece en un compartimiento, grandes volúmenes de calor y gases del fuego sin quemar pueden acumularse en los espacios no ventilados. Estos gases pueden encontrarse a temperatura de ignición o superior, pero carecen del suficiente oxígeno para encenderse realmente. Las siguientes características pueden indicar una
condición para que ocurra una explosión de Humo.
•Humo bajo presión saliendo de aberturas pequeñas. •Humo negro convirtiéndose de un color grisáceo amarillento y denso. •Aislamiento del incendio y calor excesivo. •Llamas pequeñas o invisibles. •Humo que sale del edificio en bocanadas o en intervalos (similar a la respiración). •Ventanas manchadas por el humo.
Backdraft
El aumento de ventilación en un fuego controlado por ventilación puede resultar en un breve pero substancial aumento en el HRR
Productos de combustión y pirolisis
Temp.de ignición
Limite sup. De inflamabilidad
Ventilación aumentada Backdraft
La ventilación adicional pone la mezcla en rango de
inflamabilidad
Tiempo
HRR
Flashover o Backdraft?
Ventilacion aumentada
• Oxígeno Bajo • Calor Alto • Combustión sin llamas • Concentraciones Altas de Vapor
La introducción de oxígeno causa un fuego de fuerza explosiva
PRE-BACKDRAFT
BACKDRAFT
Soplido de humo
Humo amarillo gris
Paredes
demasiado
calientes para
tocarlas
Resplandor
naranja pálido
o fuego
visible
Ventanas
oscurecidas
Ventanas
vibratorias
Vidrio caliente
intacto
Backdraft
Puntos clave
El humo es toxico El humo es combustible
Indicadores del comportamiento del fuego
Construcción
Humo
Aire
Calor
Flamas
CHACaF
ICF Indicadores
Comportamiento del fuego
Construccion
Flamas Calor
Humo
Aire
CHACaF
ICF para Flashover
CONSTRUCCION Un flashover puede ocurrir en todo tipo de construcciones. Los factores de construcción pueden influenciar cuan rápido un fuego llegue a flashover (carga combustible, perfil de ventilación y propiedades termales, altura de techo, volúmen, etc,) y deben ser consideradas en una evaluación constante de la escena.
HUMO Los indicadores de humo pueden o no ser visibles desde el exterior. Sin embargo condiciones de humo indicando un fuego en desarrollo son una señal de alarma de posibles condiciones de flashover. Un colchón bajo, turbulento y en movimiento son indicadores de un flashover en camino.
ICF para Flashover
ICF para Flashover
TIRO DE AIRE Un movimiento bidireccional fuerte es un indicador de posible flashover, así como un entrada de aireen movimiento hacia el fuego. CALOR Incremento rápido de temperatura es un claro indicador de un posible flashover. FLAMA Flamas aisladas corriendo por el techo dentro de la capa de gases calientes.
Con el fin de extinguir un fuego en forma apropiada, es necesario para los bomberos aproximarse a este con el propósito de poner agua en donde más sea necesaria. Cualquier intento de extinguirlo a distancia se probará como un fracaso.
Fire Protection, 1876 Sir Eyre Massey Shaw Chief, London Fire Brigade
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